Ali Baddou reçoit Serge Haroche, physicien, professeur honoraire au Collège de France, membre de l’Académie des sciences et prix Nobel de physique en 2012, auteur de "La Lumière révélée. De la lunette de Galilée à l'étrangeté quantique" aux éditions Odile Jacob.
15' de plus par Ali Baddou sur France Inter (16 Février 2024)
Retrouvez toutes les chroniques d'Ali Baddou sur https://www.radiofrance.fr/franceinter/podcasts/15-de-plus
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00:00 15 minutes de plus et ce matin j'ai le bonheur de recevoir l'un de nos grands scientifiques,
00:05 physiciens, prix Nobel en 2012 pour ses travaux sur la physique quantique et les photons.
00:10 Il est professeur honoraire au Collège de France, membre de l'Académie des sciences
00:15 et l'auteur d'un livre publié aux éditions Odile Jacob, « La lumière révélée de
00:21 la lunette de Galilée à l'étrangeté quantique ». Bonjour Serge Haroche.
00:25 Bonjour.
00:26 Bienvenue, merci infiniment d'avoir accepté notre invitation même si vos travaux sont
00:31 compliqués à comprendre pour les profanes, même si c'est difficile pour nous qui n'avons
00:36 pas votre niveau de connaissance de vraiment maîtriser ce qui est justement de l'ordre
00:42 du quantique, ce que peut signifier la lumière révélée.
00:46 Merci d'avoir accepté de faire ce travail de pédagogie.
00:50 On va commencer par une expérience de pensée Serge Haroche et cette fois ce sera avec quelques
00:56 notes de musique.
00:58 Quelques notes de musique, c'est la symphonie de l'horloge de Haydn.
01:05 Haydn qu'on entend.
01:10 On entend les coups de l'horloge, les coups de l'horloge de manière extrêmement précise
01:22 et régulière.
01:23 Qu'est-ce que ces pulsations, ces coups nous disent de la notion de temps ?
01:29 Eh bien, elles nous disent que le temps se mesure avec des horloges.
01:33 Ce sont des instruments qui reproduisent un phénomène de façon immuable, régulière
01:38 et périodique.
01:39 Dans la symphonie de Haydn, c'est le rythme de la musique qui évoque cette périodicité,
01:44 ce caractère obsessionnel de la fuite du temps.
01:46 Haydn reproduit en fait le rythme des pendules et des métronomes qui mesuraient le temps
01:51 à son époque.
01:52 On mesure aujourd'hui le temps de façon différente.
01:56 On le mesure avec ce qu'on appelle les horloges atomiques qui sont basées sur des oscillations
02:00 ultra rapides des électrons dans les atomes.
02:02 En fait, ces oscillations sont 100 000 milliards de fois plus rapides que le rythme des pendules.
02:09 100 000 milliards de fois plus rapides ?
02:11 Oui, et la précision des horloges a augmenté dans le même rapport.
02:14 Les horloges actuelles sont 100 000 milliards de fois plus précises que les horloges du
02:19 temps de Haydn.
02:20 Et donc, on peut mesurer le temps et le faire, non pas comme Haydn de manière artistique,
02:26 mais le mesurer de manière extrêmement précise.
02:29 Il y a une révolution dans la manière dont on compte le temps qui passe, dont on mesure
02:34 le temps qui passe, Serge Haroche.
02:37 C'est depuis Einstein, depuis la découverte que le temps est relatif, la théorie de la
02:43 relativité.
02:44 Est-ce que vous pourriez nous rappeler de manière extrêmement simple ce qu'elle implique
02:49 pour la conception qu'on doit se faire du temps ?
02:51 En effet, Einstein nous a appris que le temps ne s'écoule pas au même rythme dans deux
02:57 horloges identiques qui bougent l'une par rapport à l'autre.
03:00 L'horloge qui se déplace, qui accomplit un trajet en boucle et revient au voisinage
03:04 d'une horloge de référence restée par définition immobile, elle aurait compté moins d'oscillations
03:09 que l'horloge qui est restée au repos.
03:12 L'angevin a illustré ça avec son fameux paradoxe des jumeaux de l'angevin.
03:17 Si vous pouviez voyager à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, par exemple
03:20 à 95% de la vitesse de la lumière, le temps s'écoulerait 10 fois moins vite pour vous
03:25 que pour votre jumeau resté sur Terre.
03:28 Après un voyage qui aura duré 3 ans pour vous, il se sera écoulé 30 ans sur la Terre.
03:34 C'est quelque chose de contre-intuitif.
03:36 Oui, c'est totalement contre-intuitif, Serge Haroche.
03:39 Je ne vous conseille pas de faire cette expérience de pensée.
03:42 Si vous prenez votre montre et laissez une horloge sur votre table de chevet quand vous
03:46 allez revenir le soir, vous ne pourrez pas mesurer la différence parce que nous allons
03:50 tellement, tellement lentement par rapport à la vitesse de la lumière que ce phénomène
03:53 est complètement inobservable.
03:55 Mais à l'échelle des instruments qu'on utilise aujourd'hui, c'est un effet très
03:58 important comme je crois que nous allons le discuter.
04:00 C'est ce que j'allais vous dire, c'est-à-dire qu'on est le matin.
04:03 Regardez la pendule de France Inter, elle est un élément absolument indispensable
04:07 de notre travail ici à la radio.
04:09 Elle indique 9h11min15sec.
04:13 Vous la voyez s'écouler.
04:15 Si on quitte le studio et qu'on revient ce soir, au fond, il y aura eu une différence
04:21 qui ne pourra pas être mesurée à l'œil nu.
04:23 Non, ce sera quelques milliardièmes de secondes ou même moins.
04:26 Donc, ça n'a absolument aucune influence sur notre vie quotidienne.
04:29 D'où votre fiction, d'où l'histoire de l'ange vain où l'on peut voyager à
04:33 la vitesse de la lumière et son jumeau, lui, resté, donc n'aura pas subi ou n'aura
04:37 pas vécu le même temps.
04:39 On a tous une montre sur nos téléphones portables, à la maison.
04:42 Est-ce que le temps dont il est question, le temps qu'elles indiquent, est de plus
04:48 en plus précis, de plus en plus perfectionné ?
04:51 Effectivement, il y a eu un progrès gigantesque qui se manifeste par les ordres de grandeur
04:57 que je vous ai donnés à l'époque.
05:00 La seule façon de mesurer sa précision du temps, c'est d'avoir deux horloges
05:04 aussi identiques que possible et les faire battre en même temps et les comparer.
05:08 Et à partir du moment où une des horloges va battre une fois de plus que l'autre,
05:12 on dira qu'elles ne sont plus en accord.
05:13 Au XVIIIe siècle, au XVIIe siècle, les horloges différaient d'un battement au
05:18 bout de quelques heures.
05:19 Maintenant, les horloges atomiques diffèrent d'un battement autour de... après des
05:24 millions d'années.
05:25 Une seconde de différence correspond à des millions d'années pour les horloges
05:29 atomiques qu'on utilise dans le GPS par exemple.
05:31 Et les dernières horloges, celles qui sont le fruit des recherches actuelles, seraient
05:35 à la même heure.
05:36 Si elles avaient été synchronisées au début de l'histoire de l'univers, il y a 14 milliards
05:41 d'années, elles ne diffèreraient pas de plus d'un dixième de seconde aujourd'hui.
05:44 C'est pour vous dire ce progrès gigantesque dans la précision des mesures qui est lié
05:48 aux propriétés quantiques de la matière.
05:50 - Alors on a besoin justement de savoir, vous venez d'employer ce mot qui fait partie
05:55 de notre vocabulaire sans qu'on sache très bien le définir, le mot de "quantique".
05:59 C'est un mot qui apparaît parfois même convoqué de manière quasiment magique, j'imagine
06:04 pour le physicien et prix Nobel que vous êtes spécialiste de la physique quantique.
06:09 De quoi est-ce qu'on parle lorsqu'on évoque la physique quantique, Serge Haroche ?
06:13 - Au départ, la physique quantique c'est l'étude des phénomènes qui se déroulent
06:17 dans l'infiniment petit, au niveau des atomes, des électrons et des noyaux dans les atomes,
06:21 comment ces atomes se comportent.
06:22 Et en fait, c'est intéressant d'en parler aujourd'hui parce que la physique quantique
06:25 a exactement 100 ans.
06:26 Il y a eu deux années miraculeuses, 1924, Louis de Broglie a l'intuition que les électrons
06:33 dans les atomes ont un comportement ondulatoire, se comportent comme des ondes qui aussi ont
06:37 des fréquences extrêmement bien définies et ces fréquences sont en fait déterminées
06:42 par la fameuse équation de Schrödinger.
06:44 Schrödinger, un an après de Broglie, découvre l'équation qui décrit le mouvement de ces
06:48 ondes et à partir de là, on peut calculer à quelle fréquence de vibration les électrons
06:53 évoluent.
06:54 Et on constate que d'après ces lois quantiques, tous les atomes d'un même élément, par
07:01 exemple tous les atomes d'hydrogène, tous les atomes de césium, ont une fréquence
07:04 d'oscillation qui est la même partout dans l'univers.
07:06 Et donc ces oscillations constituent des repères de fréquences absolues qui ont permis
07:12 de faire un progrès considérable à la précision des horloges.
07:16 En fait ce qui se passe c'est que c'est un peu comme la corde d'un violon qui aussi
07:20 a une fréquence bien définie.
07:21 On retrouve Haydn.
07:22 On revient à l'image d'Haydn mais cette fois-ci ce n'est pas des vibrations qui engendrent
07:26 des sons, ce sont des vibrations qui engendrent de la lumière.
07:28 Et cette lumière qui se propage partout, ou des ondes radios, les micro-ondes ou des
07:33 ondes visibles, permet de repérer, de mesurer le temps avec une précision fantastique.
07:38 - Ce sont des particules élémentaires de la lumière.
07:40 C'est une manière de comprendre ce que vous appelez dans le livre « La lumière révélée »
07:44 peut-être.
07:45 Avant d'y revenir, j'aimerais juste que vous nous expliquiez, justement parce que
07:49 vous avez évoqué deux noms, Louis de Breuil et Schrödinger, il y a quelque chose qui
07:54 date de Schrödinger, qui date donc d'il y a un siècle et qui permet de mener une
07:58 expérience de pensée qui est totalement déroutante ou perturbante, Serge Haroche.
08:04 C'est celle du chat de Schrödinger.
08:06 Est-ce que vous pourriez raconter l'histoire du chat de Schrödinger à nos auditeurs et
08:11 dire ce qu'elle permet de penser ou ce dont elle permet de prendre conscience ?
08:17 - L'un des principes fondamentaux de la physique quantique c'est qu'un système
08:21 peut se trouver dans plusieurs endroits à la fois, dans plusieurs états à la fois.
08:24 Par exemple, si l'électron est une onde, c'est qu'il se trouve délocalisé dans
08:27 plusieurs endroits.
08:28 Et Schrödinger avait essayé d'illustrer ça avec cette fameuse fable du chat.
08:31 - On prend une boîte ?
08:32 - On met le chat dans la boîte, on le fait interagir avec un atome qui va se trouver
08:36 dans deux états à la fois, un état qui va laisser le chat vivant et un autre état
08:40 qui va déclencher un phénomène qui va tuer le chat.
08:43 - Et on ferme la boîte ?
08:44 - Lorsque la boîte est fermée, en principe, on ne peut pas savoir si le chat est vivant
08:49 ou mort.
08:50 En fait, le chat est dans une superposition des états vivant et mort.
08:53 Il est à la fois vivant et mort jusqu'au moment où la boîte s'ouvre.
08:56 En fait, ceci n'est pas possible pour des objets macroscopiques parce qu'il y a un
09:00 phénomène de décohérence qui détruit ces superpositions.
09:03 - C'est vraiment une image ?
09:04 - C'est une image pour des systèmes géants comme un chat.
09:06 Mais au niveau microscopique, au niveau des atomes, au niveau des grains de lumière que
09:10 sont les photons, on peut le faire et on peut exploiter ce principe de superposition pour
09:15 des applications intéressantes dans le futur.
09:17 - Exemples ?
09:18 - Par exemple, ce qu'on peut faire pour faire des mesures extrêmement précises dans lesquelles
09:23 l'aiguille de la mesure sera dans deux directions à la fois et ça permet d'affiner les mesures,
09:27 d'effectuer des mesures plus précises.
09:29 Un autre exemple, ce serait l'ordinateur quantique qui reste pour l'instant une utopie, mais
09:33 sur lesquelles de nombreux travaux.
09:34 - Ça n'existe pas ?
09:35 - Ça n'existe pas pour l'instant parce que, précisément, il est très difficile de maintenir
09:39 le chat à la fois vivant et mort.
09:40 L'ordinateur quantique, ce serait un système qui serait à la fois dans plusieurs états.
09:44 Et donc, ça reste un concept très difficile à mettre en œuvre expérimentalement.
09:48 - Serge Haroche, vous allez sans doute m'en vouloir de poser une pareille question à
09:53 un prix Nobel, mais le mot « quantique », je disais qu'on l'utilise et qu'on le retrouve
09:56 assez régulièrement, même dans un ordre qui relèverait davantage de la pensée magique.
10:03 Mais lorsque l'on parle de crème quantique, ça vous fait sourire ou ça vous hérisse
10:09 les poils ?
10:10 - Les deux, ça m'hérisse surtout les poils parce que c'est un dévoiement de la science.
10:15 En fait, on remplace quelque chose qui est rationnel, qui n'a absolument rien de mystérieux,
10:19 qui au contraire est le contraire du mystère et de l'imprécision.
10:23 L'extrême précision des horloges dont je vous parle, on va peut-être parler du GPS,
10:27 c'est quelque chose qui est le contraire du flou, le contraire de l'imprécision.
10:32 Et évidemment, il y a toute une escroquerie qui se développe autour de ça et qui dévoie
10:36 la science.
10:37 C'est un problème gigantesque dont on pourrait discuter dans d'autres circonstances, mais
10:42 c'est vraiment un problème grave qui se pose à la science.
10:44 - Et c'est un vrai problème évidemment de notre époque.
10:47 On va faire une autre expérience de pensée Serge Haroche et vous l'évoquiez il y a
10:52 un instant.
10:53 On monte en voiture, le GPS se déclenche, on doit se rendre chez un ami ou peu importe
11:00 la destination.
11:01 Les GPS, on les connaît aujourd'hui, c'est ultra précis, ça nous situe dans l'espace
11:06 et le temps et le GPS n'existerait pas sans le quantique.
11:11 Expliquez-nous pourquoi.
11:12 - Le GPS, ce n'est pas une expérience de pensée, c'est une expérience réelle et
11:16 nous la faisons tous les jours lorsque nous conduisons notre voiture par exemple dans
11:19 un des dalles de rue.
11:20 En fait, le GPS, c'est un essaim d'horloges atomiques qui sont transportées par des satellites.
11:26 Ces horloges sont extrêmement précises, elles se synchronisent entre elles, elles
11:31 permettent de mesurer la distance entre les différents satellites en envoyant des signaux
11:35 qui se renvoient mutuellement.
11:37 Et toutes ces horloges nous envoient des impulsions qui sont reçues par exemple par
11:42 notre téléphone portable et à partir de la mesure des instants d'arrivée de ces
11:46 impulsions, on peut connaître notre distance par rapport à ces satellites et par triangulation
11:50 savoir où nous sommes sur Terre avec une précision de l'ordre du mètre.
11:54 Donc, ça pourrait paraître magique, mais ce n'est pas magique, c'est de la physique.
11:58 En fait, il est essentiel pour que ça marche de tenir compte du fait que ces horloges
12:02 qui se déplacent les unes par rapport aux autres voient leur temps évoluer à des
12:06 rythmes différents, c'est ce dont on parlait tout à l'heure.
12:08 Donc, il faut faire ces corrections relativistes.
12:10 Il y a une autre correction qui nous dit que lorsque l'horloge se trouve au niveau du
12:13 sol, elle bat plus lentement qu'en altitude à cause de la théorie de la relativité
12:18 générale.
12:19 Si ces corrections n'étaient pas faites, le GPS serait faux de plusieurs kilomètres
12:22 et donc serait complètement inutile.
12:24 Donc, ce sont les deux concepts essentiels dont on a parlé aujourd'hui, la physique
12:30 relativiste et la physique quantique qui est à la base de la stabilité de ces horloges
12:35 qu'on exploite tous les jours dans le GPS.
12:37 C'est absolument passionnant Serge Haroche.
12:39 Encore un dernier point, votre livre comme sous-titre « De la lunette de Galilée à
12:43 l'étrangeté quantique », on a eu un aperçu de l'étrangeté quantique.
12:47 Qu'est-ce qu'elle a changé cette lunette astronomique de Galilée au 17ème siècle ?
12:51 Qu'est-ce qu'elle a permis de changer dans notre compréhension du monde ?
12:54 Ça a été le premier instrument de mesure quantitative de l'univers.
12:59 Galilée l'a tourné vers la Lune, ensuite il l'a tourné vers Jupiter, il a observé
13:03 les satellites de Jupiter et donc c'était le premier système planétaire qui confirmait
13:08 les théories de Copérnico et de Kepler.
13:10 C'est absolument essentiel pour la compréhension de l'univers.
13:14 Elle a permis aussi la première mesure de la vitesse de la lumière en mesurant la
13:19 période des satellites de Jupiter et en constatant que cette période variait suivant qu'on
13:23 se rapproche ou s'éloigne de Jupiter dans le mouvement de la Terre.
13:25 On a eu la première évaluation de la vitesse de la lumière qui joue un rôle essentiel
13:29 en astrophysique.
13:30 C'est vraiment le départ de notre connaissance du monde et c'est quelque chose qui nous
13:37 a montré qu'on était finalement très peu de choses dans l'univers.
13:40 Ça a décentré complètement l'homme par rapport à l'univers.
13:43 C'est pour ça que j'ai voulu faire partir ce livre de Galilée qui je pense a été
13:47 vraiment l'un des plus grands esprits de tous les temps.
13:49 C'est absolument formidable de vous entendre.
13:52 Merci Serge Haroche pour les trésors de pédagogie que vous avez déployés ce matin à l'antenne
13:57 d'Inter.
13:58 Je vous rappelle que vous êtes prix Nobel de physique.
13:59 La lumière révélée et publiée chez Odile Jacob.
14:02 Je vous souhaite une excellente journée.